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Partikelschäume

Partikelschäume für biologisch abbaubare Verpackungen

Mit Wasser verklebte Schaumformteile (Foto: Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik Umsicht)
Mit Wasser verklebte Schaumformteile (Foto: Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik Umsicht)

Partikelschäume werden aufgrund ihrer Produkteigenschaften – leicht, isolierend, passgenau – unter anderem in den Bereichen Automotive, Logistik und Verpackung eingesetzt. Konventionelle Schäume aus zum Beispiel EPS (expandiertem Polystyrol) und EPP (expandiertem Polypropylen) basieren auf fossilen Ausgangsmaterialien und werden in Formteilautomaten mithilfe von Wasserdampf und der Wirkung von Temperatur und Druck hergestellt. Fraunhofer Umsicht hat gemeinsam mit den Projektpartnern Loick Biowertstoff GmbH, Storopack Deutschland GmbH & Co. KG sowie dem Institut für Lebensmittel- und Umweltforschung ILU e. V. eine Alternative entwickelt, die im Wesentlichen aus Pflanzenstärke und Wasser besteht. Weitere Additive können die Rezeptur ergänzen.

„Unsere Vorgabe war, möglichst nachhaltige und biologisch abbaubare Stärkepartikel herzustellen, die in ihrem Eigenschaftsprofil konventionellen, petrochemisch basierten Partikeln entsprechen“, erklärt Dr. Stephan Kabasci, Leiter der Abteilung Biobasierte Kunststoffe bei Fraunhofer Umsicht. Mit Blick auf den bestehenden Verpackungsmarkt, musste bei der Auswahl der Rezepturbestandteile zudem die Preisgestaltung berücksichtigt werden.

Temperierte Plattenpresse

In mehreren Versuchsreihen wurden mit den neuartigen Stärkepartikeln unterschiedliche Schäumverfahren erprobt. Im direkten Vergleich lieferte eine temperierte Plattenpresse die besten Ergebnisse. Dabei werden die Stärkepartikel in ein Formwerkzeug gefüllt und zwischen zwei Platten für eine vorgegebene Zeit unter Druck fixiert. Zum Einsatz kommen sogenannte Tauchkanten- beziehungsweise Gesenkwerkzeuge, die einen in die Negativform hineinragenden Stempel besitzen. Dadurch ist ein direkter Druckaufbau in Richtung der sich dort befindenden Partikel möglich. Der Druck ist neben der richtigen Temperierung, die für die Bildung von Wasserdampf sorgt, ausschlaggebend für die Expansionswirkung des Materials.

Dann werden der Abstand zwischen den beiden Platten in der Presse erhöht und die Abkühlung des Gesenkwerkzeugs eingeleitet. Dieser Abkühlungsprozess erfolgt unter Gegendruck, sodass die Stärkepartikel expandieren können – jedoch nicht über die gewünschte Geometrie des Formteils hinaus. „Auf diese Weise können wir kompakte Formteile mit einer geschlossenen und planen Oberfläche erzeugen“, so Dr. Kabasci. Durch Wasser- und Anpressdruck lassen sich mehrere Formteile miteinander verkleben und durch Zuschnitt weitere Geometrien realisieren. Einsatzgebiete sind zum Beispiel der Kantenschutz beim Transport stoßempfindlicher Waren, produktschützende Abstandhalter in Verpackungen oder der Ersatz von polystyrol-basierten Gesteckschäumen.

Über die Firma
Fraunhofer UMSICHT Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik
Oberhausen
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